مقاوم سازی پل های بتنی

دسته بندي: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

خلاصه مقاله:
پلها سازه هاي حساسي هستند زیرا هر گونه صدمه به آنها باعث خسارات مالی و جانی در هنگام زلزله و بعد آن می شود . با توجه به وقوع زمين لرزه هاي متعدد و آسيب ديدگي سازه ها به ويژه شريان هاي حياتي، به كارگيري انواع روش هاي مقاوم سازي و بهسازي لرزه اي در چند دهه اخير توسعه اي روز افزون يافته است. قبل از انجام مراحل مقاوم سازي، مطالعه بر روی سازه اهمیت بالایی دارد که در اين بين پل ها به عنوان سازه هايي استراتژيك و مهم ، اهميتي دو چندان دارند. عدم تخريب پل و خارج نشدن از بهره برداري پس از يك زمين لرزه شديد از بسياري تلفات جاني و اقتصادي پس از حادثه خواهد كاست. در اين راستا و براي طراحي ايمني پل ها لازم بود كه آسيب هاي پل و دلايل اين آسيب ها شناخته شوند. اين مقاله به بحث و بررسي پيرامون انواع پل ها ، ساختارشان و همچنین روشهای جدید مقاوم سازی آنها پرداخته است. 1 - تعریف پل پل یک سازه است که برای عبور از موانع فیزیکی از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده می شود.پلهای متحرک نیز جهت عبور کشتیها و قایقهای بلند از زیر آنها ساخته شده است.
2 - تاریخچه پل ایجاد گذرگاهها و پلها برای عبور از دره ها و رودخانه ها از قدیمی ترین فعالیتهای بشر است. پلهای قدیمی معمولا از مصالح موجود در طبیعت مثل چوب و سنگ والیاف گیاهی به صورت معلق یا با تیرهای حمال ساخته شده اند.پلهای معلق از کابلهایی از جنس الیاف گیاهی که از دو طرف به تخته سنگها و درختها بسته شده و پلهای با تیر حمال از تیرهای چوبی که روی آنها با مصالح سنگی پوشیده می شد، ساخته شده اند. ساخت پلهای سنگی به دوران قبل از رومیها بر می گردد که در خاور میانه و چین پلهای زیادی بدین شکل برپا شده است. در اروپا نیز اولین پلهای طاقی را 800 سال قبل از میلاد مسیح، برای عبور از رودخانه ها از جنس مصالح سنگی ساخته اند. اغلب پلهای ساخته شده توسط رومیها از طاقهای سنگی دایره شکل با پایه های ضخیم تشکیل یافته است.در ایران نیز ساختن پلهای کوچک وبزرگ از زمانهای بسیار قدیم رواج داشته و پلهایی نظیر سی و سه پل، پل خواجو و پل کرخه بیش از 400 سال عمر دارند. از قرن یازدهم به بعد روشهای ساختن پلها پیشرفت قابل توجهی نمود و به تدریج استفاده از دستگاههای فشاری از مصالح سنگی و آجر با ملاتهای مختلف و دستگاههای خمشی از چوب متداول گردیده و تا اوایل قرن بیستم ادامه یافت. شروع قرن بیستم همراه با استفاده وسیع از پلهای فلزی و سپس پلهای بتن مسلح می باشد. از اوایل قرن نوزدهم ساخت پلهای معلق، قوسی یا با تیر حمال از آهن آغاز شد. اولین پل معلق از آهن در سال 1796 به دهانه 21 متر در آمریکا ساخته شد، همچنین در سال 1850 یکی از مهمترین پلهای با تیر حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه 140 متر و دو دهانه 70 متری در انگلستان ساخته شد.
3 - پل ها و انواع آن :
3-1 - پلهای چوبی: این پلها معمولا" به شکل قوسی، با تیرهای مشبک و یا تیرهای حمال ساخته شده و در حال حاضر استفاده از آنهابه صورت موقتی می باشد.
3-2 - پلهای سنگی: با توجه به مقاومت مناسب فشاری مصالح سنگی، بسیاری از پلهای طاقی از این مصالح ساخته شده اند.نظر به کمبود افراد سنگ کار و زمان نسبتا طولانی لازم برای تهیه مصالح و اجرای سازه، امروزه استفاده از این پلها محدود می باشد.
3-3 - پلهای بتنی: در بسیاری از پلهای طاقی شکل، در حال حاضر از بتن، با توجه به مقاومت فشاری مطلوب آن به جای سنگ استفاده می شود.
3-3-1 - پلهای بتن مسلح: با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ریزی، پلهای بتن مصلح را می توان از مقاطع مختلف و با اشکال دلخواه ساخت. با وجود این استفاده از مقاطع ساده در جهت کاهش بهای قالب بندی همواره مورد نظر است.در بعضی از حالات استفاده از سیستم پیش ساختگی باعث حذف اجزاء نگهدارنده قالبها و در نتیجه صرفه جوئی قابل ملاحظه می شود.
3-3-2 - پلهای بتن پیش تنیده: با پیشرفت این تکنیک، به تدریج در دامنه وسیعی از ابنیه فنی،پلهای بتن پیش تنیده جایگزین پلهای فلزی و پلهای بتن مسلح شده اند. بدین ترتیب با صرف هزینه کمتر، پلهای با دهانه بزرگ ساخته می شوند. از طرف دیگر استفاده از این مصالح امکان به کارگیری تکنیک های جدید پل سازی را می دهد.
3-4 - پلهای فلزی: این پلها به اشکال مختلف، با تیرهای حمال معمولی یا تیرهای مشبک فولادی، با قوس یا قالبهای فلزی، نورد شده از ورق و المانهای اتصالی ساخته شده اند. در ساخت این پلها گاهی نیز از آلیاژهای سبک یا مقطع مرکب استفاده می گردد. استفاده از فولاد در ساخت پلهای فلزی از قرن گذشته شروع و با عنایت به مقاومت کششی و فشاری مطلوب این مصالح در سطح وسیع متداول گردید.باتوجه به فزونی بهای تولید، معمولاً نیمرخهای فولادی دارای ضخامت ناچیز بوده و در نتیجه علاوه بر مسئله زنگ زدن و خوردگی، خطر بروز ناپایداری های الاستیک نیز همواره موجود می باشد. پلهای فلزی را می توان با توجه به نوع سیستم باربر به شرح زیرطبقه بندی نمود: پل باتیرهای حمال - پل قوسی - پل با کابلهای باربر
3-4-1 - پل با تیرهای حمال : این پلها از متداول ترین انواع مورد استفاده برای دهانه های متوسط (تا250 متر)می باشند . تیرهای حمال معمولا به صورت شبکه های فلزی مقاطع جعبه ای یا تیرهای مرکب تو پر ساخته شده و تغییر شکل بسیار محدودی خواهند داشت. شبکه های فلزی معمولآ سبک بوده اما با توجه به خصوصیات ظاهری آنها ،کمتر در مناطق شهری مورد استفاده قرار می گیرند.در حالت کلی این پلها را نیز می توان به شرح زیر تفکیک نمود:
3-4-2 - پل با تیرهای حمال جانبی : در این حالت تیرهای حمال جانبی معمولآ از شبکه های فلزی تشکیل شده و اجزاء اصلی باربر تابلیه می باشند. در شرایطی که عرض پل محدود باشد ( کمتر از14 متر ) می توان از این سیتستم استفاده نمود.
3-4-3 - پل با تیر های حمال تحتانی: در این حالت تیرهای حمال عمومآاز نوع تیرهای مرکب با جان تو پر ( که از چند ورق فلز با اتصال پیج پرچ یا جوش تشکیل شده اند ) می باشند. تیرهای حمال با ارتفاع ثابت یا متغیر ساخته شده و در نتیجه ضمن حصول منظره مناسب صرفه جوئی مهمی نیز در مصرف مصالح خواهد شد. همچنین در بعضی شرایط می توان سبستم متشکل از تیرها یا حمال تحتانی را با یک مقطع جعبه‌ای جایگزین نمود.
3-5 - پل قوسی : پل قوسی، پلی است با تکیه گاه های انتهائی در هر طرف، که شکلی نیم دایره مانند دارد. پلی که از رشته ای از قوسها تشکیل شده باشد، پل دره ای نامیده می شود. پل قوسی ابتدا توسط یونانی ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، رومیان باستان از ملات در پل های قوسی خود استفاده کردند. با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد این پلها را طوری انتخاب می کنند که بارهای قائم وارده تبدیل به یک نیروی فشاری در امتداد قوس شود. بنا براین در مناطقی با کیفیت خاک مناسب،می توان دهانه های بزرگ ( تا حدود500متر) را با پلهای قوسی طی نمود.
3-6 - پل ترکه ای: در این پلها،تابلیه به صورت یک صفحه صلب از یک طرف روی پایه های کناری (کوله ها) و دو پایه بلند میانی و از طرف دیگر به طور الاستیک روی کابلهای مورب تکیه نموده است. این کابلها در تمام طول پل گسترش می بابند بار وارده را به پایه های بلند میانی منتقل می نمایند. کابلهای ذکر شده را می توان در دو صفحه قائم و به طور موازی در دو طرف تابلیه قرار داده و یا در جهت عرضی نیز به طور مورب و در امتداد محورطولی پل به پایه میانی متصل نمود. همچنین در بعضی شرایط می توان از یک مجموعه کابل که در امتداد محور طولی پل قرار می گیرند استفاده نمود. پایه های میانی پل به شکل I ، A یا H طرح شده و معمولآ از فولاد یا بتن مسلح می باشد،پلهای ترکه ای به تعداد زیاد و تا دهانه 500 متر ساخته شده اند. 3-7 - پل معلق: در این پلها نیز تابلیه به صورت یک صفحه صلب روی پایه های کناری و میانی تکیه نموده است .
4 - نگهداری پل: با توجه به مخارج سنگین انجام شده برای اجرای ابنیه بتنی،مسئله نگهداری دقیق این سازه ها در برابر آب و باد دو یخبندان از اهمیت خاصی بر خوردار است. در مناطقی که بستر رودخانه سست بوده و در اثر طغیان آب امکان شسته شدن داشته باشد باید وضعیت آن را در اطراف پل بعد از طغیانهای مختلف مورد برسی قرار داد تا با تدابیر مختلف از خالی شدن خاک اطراف پی ها و در نتیجه تخریب پایه ها جلوگیری شود. لایه عایق کاری و آسفالت کف جاده باید طوری انجام شود که از نفوذ و باقی ماندن آب در جسم پل جلوگیری شود. بعد از پایان ساختمان پل و قبل از تحت سرویس قرار گرفتن،المانهای مختلف آنرا باید به دقت مورد بازدید قرار داد تا مشخص شود تحت بارهای دائمی و دستگاههای ساخت،تغییر شکل ها و ترک های پیش بینی نشده در آن ایجاد نشده باشد، همچنین بعد از آزمون بار گذاری که تحت شدید ترین بارگذاری ممکنه در طول دوره سرویس قرار می گیرد، باید کلیه تغییر شکلهای ایجاد شده و فلش مقاطع بحرانی، ترک های احتمالی، نشست پایه ها، تغییر فرم دستگاههای تکیه گاهی و اتصالات مختلف به دقت مورد برسی قرار گیرند. در طول دوره بهره برداری نیز در زمانهای مشخص باید قسمتهای مختلف پل مورد بازدید قرار گیرند به عنوان مثال:در پلهای فلزی که احتمال از بین رفتن اتصالات پیچ و جوش، زنگ زدن المانها و خوردگی آنها و بروز نا پایداریهای الاسیتک موجود است. این بازدیدها باید به طور مداوم و حداقل هر پنج سال یکبار انجام شده و برای جلو گیری از تخریب قطعات، آنها را با مواد مناسب پوشانید. همجنین در مورد پلهای بتن پیش تنیده شده وضع دستگاههای مهارتی و کشش کابلها مورد بررسی قرار گرفته و با انجام عمل تزریق به نحو مناسب، از زنگ زدگی کابلها جلوگیری به عمل آید.
5 - تعیین طول پلها : به دلیل ملاحظات اقتصادی وسازه ای تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر می گیرند اما باید دانست که شکل هندسی شرایط جریان در رودخانه پیوسته در حال تغییر است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جریان در محدوده احداث پل گردیده وموجب آبشستگی کف و کناره ها می گردد این موضوع در هنگام وقوع سیلاب به حالت بحرانی می رسد و ممکن است باعث تخریب پل گردد بنابر این طول پل باید طوری انتخاب شود که پایداری رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقیقات انجام شده بازه های پایدار رودخانه، بازه هایی هستند که تغییرات چندانی در طول یک یا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پایدار برای تعیین عرض تعادل رودخانه ها استفاده می گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهیم روابط تجربی رژیم روش نیروی برکنش و مفهوم توان جریان استخراج می گردد. روابط رژیم بر اساس معادلات تجربی بین دبی جریان آب و رسوب عمق عرض و شیب رودخانه ها با بستر شنی نشان می دهد.
6 - تعیین ارتفاع پلها : محدودیت های سازه ای و اقتصادی خاکریزهاو جاده های طرفین مسائل کشتیرانی و قایقهای تفریحی و ظرفیت آبگذری مهمترین عوامل تعیین کننده ارتفاع پل می باشند ظرفیت آبگذری پل به حداکثر دبی جریان گفته می شود که پل با اطمینان از خود عبور می دهد این مقدار جریان به هندسه مقطع پل و تکیه گاه ها شکل پایه های پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگی دارد. با تعیین عرض تعادل رودخانه (یا همان طول پل ) دبی سیلاب طراحی برای محل و شکل مقطع پل و پایه های آن و ارتفاع پل محاسبه می گردد دبی سیلاب طراحی بر اساس اهمیت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنین ریسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب می گردد. اغلب دبی طراحی عبور سیلاب برای پلها را با دوره برگشت 50ساله بطور خلاصه می توان گفت برای شرایطی که سطح شالوده بالای بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگی به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبی پایه نسبت به شالوده دارد یعنی اینکه در این حالت شالوده به عنوان یک عامل بازدارنده، خود باعث تشکیل گردابهای قویتری می گردد که با گرداب حاصل از پایه ترکیب شده و آبشستگی را تشدید می نماید. در حالت دوم (سطح قانونی شالوده داخل حفره آبشستگی است)سیستم گردابهای ایجاد شده ضعیفتر از حالت اول می باشد و حتی در زماینکه سطح فوقانی شالوده به اندازه کافی به سمت بالا دست گسترش می یابد، گرداب ایجاد شده توسط پایه بر روی سطح شالوده هیچگونه تاثیری در سیستم ایجاد شده توسط پایه ندارد. انتخاب عمق شالوده پایه ها و به همین ترتیب برای تکیه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگی و موارد فوق الذکر در مورد پایه های مستطیلی صورت می گیرد.
7 - شیوه های نوین مقاوم سازی: برای مقاوم سازی قطعات تیرهایی که در معرض بارگذاری مضاعف قرار دارند و یا برای تقویت عملکرد قطعات مقاوم سازی نشده می توان به جای استفاده از سیستم های معمولی مقاوم سازی مانند اتصال ورقه فلزی و شاتکریت از سیستم های نوینی مانند سیستم tyfo استفاده کرد. تیرهایی که در معرض آسیب دیدگی قرار دارند به واسطه فرسایش یا اثر تخریبی دیگر می توانند با این سیستم مرمت سازی شوند. زمانی که به واسطه تقویت خمشی تیرک مقاوم سازی می شود، برای معرفی شکل جدید برش و جلوگیری از شکست برش ترد شدگی دقت زیادی باید صورت گیرد. تطابق پذیری این امکان را فراهم می سازد تا تیرک ها برای در اختیار داشتن توان برشی افزوده و انعطاف پذیری بیشتر دورپیچی شوند، در برخی موارد برای اضافه نمودن سختی و کاهش انحراف ها این سیستم ها می توانند موثر واقع شوند. سیستم های tyfo تا به امروز روی سازه های زیادی نصب شده اند. مهاربندی (انکوریج)مکانیکی برای حصول اطمینان از انعطاف پذیری بلند مدت قطعات اتصالی بسیار مهم است. انکورهای سیستم نقش انتقال فشارهای کششی بین سطح و ورقه کامپوزیتی را دارند بدین ترتیب انعطاف پذیری بلند مدت قطعه تضمین می شود. استفاده از انکوریج (مهاربندی) مقدار درخواست اتصال بیشتر و توان کششی بتن را کاهش می دهد. از دستورالعمل های آزمایش ASTM برای ارزیابی خصوصیات اتصال سطح بتن قبل از بهره گیری از سیستم کامپوزیتی می توان استفاده کرد. این سیستم باعث افزایش توان برشی و انعطاف پذیری گونه های مختلف قطعات ساختمانی می شوند.
7– 1 - شیوه های نصب : آماده سازی سطح برای اتصال استفاده از لایه رویی اپوکسی tyfo نصب الیاف یا انکورهای معمولی در محل های بحرانی استفاده از کامپوزیت Fibrwrap در پروژه استفاده از سیستم نهاییtyfo
7-2- موارد استفاده از تیرک : مقاوم سازی و تعمیر تیر سر آزاد اسکله ها با کامپوزیت شیشه ای SHE مرمت سازی تیر I شکل آسیب دیده با کامپوزیت کربن SEH و کامپوزیت های شیشه ای SHE استفاده از کامپوزیت در محل های اتصال ستون- تیر
7-3 - مورد استفاده در کلاهک پوششی ستون اسکله : در حدود هزار پروژه اتصال تیر-ستون در کالیفرنیا اجرا شد که در آن از سیستم Fyfo SEH استفاده شده است. بر اساس طراحی انجام شده این کار هم سبب افزایش ظرفیت برشی می شود و هم اتصال را محصور می کند. به عنوان بخشی از طراحی بولتهای میانی استفاده شد، به عبارت دیگر Tyfo FCF (مقاوم سازی در برابر آتش) به عنوان سیستم برای بدست آوردن نسبت مقاومت لازم در مقابل آتش برای الیاف استفاده گردید.
مراجع:
[1] - " طرح جدیدی از دیوارهای مقاوم در برابر برخورد و انفجار با استفاده از بتن و صفحات فولادی " - علی بیرامی شهابی - مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازی زلزله ای دانشگاه امیر کییر 1385 [2]- " فلسفه بهسازی خاک وسازه در برابرزمین لرزه و پدید ه های ناشی از آن " - علیرضا میرزاگل تبار روشن - مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازی زلزله ای دانشگاه امیر کییر 1385 [3]- " معرفی و بررسی مشخصات و کاربرد و نحوه عملکرد مصالح کامپوزیت و نوین در مقاوم سازی لرزه ای ساختمانهای بتن مسلح و مصالح بنایی موجود - آرلن اسکندری- مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازی زلزله ای دانشگاه امیر کییر 1385 - [4]بررسی اثرات توپوگرافی بر پاسخ لرزه‌ای آبرفت"؛ پروژه کارشناسی ارشد خاک و پی، محمدرضا دهقانی‏، دانشگاه صنعتی شریف، دیماه 1375. [5]" مجموعه سخنراننیها سمینار آموزشی اثرات زلزله در ساختمان های متفاوت "، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن (1364) [6]- " دینامیک سازه ها و تعیین نیروی زلزله"، آنیل چوبرا ، ترجمه شاپور طاحوئی (1377) 7- طرح و آنالیز و اجرای سازه های توریسنگی (گابیون) ؛ محمود جوان ، مهدی فرشاد ، ناصر طالب بیدختی ، پرهام جواهری ؛ معاونت امور آب جهاد سازندگی . 8- Earthquake Engineering Research, 'Loma PRIETA Collection, University of California", Berkeley 9- 'Northridge Earthquake of 2003 reconnaissance report', (2004), Earthquake Engineering Research institute, Earthquake Spectra, Supplement C to Volume 11 10- EQE International (1995). The January, 2003 Kobe earthquake; An EQE Summary Report, April 11-Richardson.G.N & Feger.A & Lee. K.L, "Seismic testing of reinforced earth walls", journal of geotechnical engineering, Div. ASCE 103 (1), 1977, pp. 1-17. 12-Wilkins.M.L., "Fundamental methods Hydrodynamics", Journal of Methods in computational phsics, Vol.3, 1964, pp. 211-263.